14.5. Величины различаются, и это различие имеет важное значение

Следует ясно отдавать себе отчет в том, что изменение свободной энергии и изменение стандартной свободной энергии - это две разные величины Как мы уже знаем, при любом спонтанном химическом или физическом процессе свободная энергия реакционной системы всегда уменьшается, т.е. выражается всегда отрицательной величиной. Но мы знаем также, что любой химической реакции соответствует строго определенное изменение стандартной свободной энергии которое может быть положительным, отрицательным или равным нулю в зависимости от константы равновесия данной реакции. По величине изменения стандартной свободной энергии мы судим о том, в каком направлении и как далеко пойдет реакция до того момента, когда в системе установится равновесие, если эта реакция протекает в стандартных условиях, т. е. при исходных концентрациях всех компо нентов и температуре 25 °С. Величина следовательно, есть строго определенная константа, характерная для каждой данной реакции. Истинное же изменение свободной энергии для данной химической реакции зависит от условий, при которых эта реакция фактически протекает (т.е. от концентрации реагирующих компонентов, и температуры), а эти условия могут и не совпадать со стандартными. Кроме того, величина любой реакции, стремящейся к равновесию, всегда отрицательна и уменьшается по абсолютной величине (становится менее отрицательной) с приближением к равновесию; в момент достижения равновесия она равна нулю, и это свидетельствует о том, что за счет данной реакции больше уже не может быть произведено никакой работы.

Значения и для реакции связаны уравнением

в котором величины, выделенные красным, характеризуют истинное состояние данной системы.

Рассмотрим простой пример. Примем, что реакция протекает при стандартной температуре (25°С) и стандартном давлении (1 атм), но что исходные концентрации компонентов А, В. С и D не равны между собой и ни для одного из компонентов не равны стандартному значению 1,0 М. Чтобы определить истинное изменение свободной энергии для случая, когда равновесие устанавливается при этих нестандартных исходных концентрациях, достаточно просто подставить в приведенное выше уравнение истинные исходные концентрации компонентов А, В. С и D; величины сохранят при этом, разумеется, свое обычное значение. Решение этого уравнения дает величину т.е. изменение свободной энергии данной реакции для тех концентраций компонентов, при которых эта реакция фактически протекает. Величина будет отрицательной и будет уменьшаться во времени, поскольку концентрации А и В по мере протекания реакции будут снижаться, а концентрации С и D возрастать. Итак, величина реально протекающей химической реакции всегда имеет отрицательное значение и всегда стремится к нулю, тогда как есть величина постоянная.

Важно помнить, что величины и указывают лишь максимальное количество свободной энергии, которое теоретически способна дать рассматриваемая реакция. Это количество энергии может быть использовано только в том случае, если в наличии имеется какой-нибудь высокоэффективный механизм, способный уловить эту энергию и направить ее на выполнение полезной работы. Если же такого механизма нет, то при постоянной температуре и постоянном давлении никакая работа за счет данной реакции не может быть выполнена.